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美国国防部研发芯片式激光雷达
点击数: 455     发布日期:2015-06-15

在无人驾驶或自动驾驶技术中,雷达是核心传感器件之一。它的发展毫无疑问决定了无人驾驶技术的落地速率。最近,美国国防部先进项目研究局(DARPA)研发出了一种新型的芯片式激光雷达,号称成本更低、效率更高,而且从名称上就可以看出来,它小到可以被放到微型芯片上,应用范围更广。那么,这一芯片式激光雷达到底是个什么东东?

DARPA研发芯片式激光雷达

我们平时所说的雷达,从发射源上可分为两种:Radar和Lidar。Radar(RadioDetection & Ranging)是一种使用无线电作为其能量源的传感器,主要用于探测目标物体是否存在并确定目标距离和角度位置。Lidar(Light Detection & Ranging)是一种激光器作为辐射源的雷达,是激光技术与雷达技术相结合的产物。激光因其方向性好、探测距离精度高的特点,在军事和商业上越来越受到重视。

车载雷达如果用的是Radar,多可藏在汽车的保险杠后,或是嵌入到车体外壳里。但是对于以激光器作为发射源的雷达Lidar,大都基于简单的机械转动装置,这个装置往往过于笨重,就像在车顶倒扣了一个“水桶”一样。

因此,近10年来,在自动驾驶汽车激光雷达传感器的选配方面,国内外高校和科研机构多选择使用美国Velodyne公司生产的车载64线激光雷达,它能对本车周边半径70米范围内的环境进行三维扫描,以3D激光点云的方式呈现,给予自动驾驶汽车的智能决策系统提供周围环境最原始的判断依据。但由于其体积大且价格比较昂贵(约合人民币70万元),汽车厂商是基本不会选择使用64线激光雷达的传感器配置方案,而是选择使用低成本的毫米波雷达加立体视觉的解决方案。

毫米波雷达加立体视觉的传感器解决方案可以把硬件成本控制在10万元(人民币)以内,不到64线激光雷达价格的1/7,但是依靠多摄像头进行车辆自身定位和周边障碍物的检测及位置估计,在算法实现上较激光雷达来得复杂,实时性和可靠性也有待提高。

日前,美国国防部先进项目研究局(DARPA)研发出了一种新型的芯片式激光雷达,不仅体积小,而且成本低、效率高,芯片上的微型激光扫描仪可以辅助自动驾驶汽车精确感知周边环境、提高车辆自身的定位精度、实时快速地检测附近的动/静态障碍物等等。DARPA将该芯片式激光雷达命名为Sweeper(Short-range Wide-field-of-viewExtremely agile Electronically steered Photonic EmitteR,短距、宽视场、极度灵敏的电子扫描光学发射器),它每秒钟的发射频率是100,000Hz,比目前最快的激光器还快10,000倍。

试验证实,Sweeper水平扫描角度能达到51度,虽然相比于VelodyneHDL 64线激光雷达的360度水平角要小很多,但它已经是目前微型激光扫描仪所能达到的最广水平视野范围了。如果想要得到周边360度的全景覆盖,可以用多个这样的微型激光扫描仪通过安装在不同位置,选取不同的倾斜角度,对周边环境进行扫描,然后通过激光器的标定进行数据融合,最后将扫描数据整合到1张全景图中。

DARPA研发芯片式激光雷达

据介绍,这种新型的激光雷达小到可以被放到微型芯片上,且它对激光束的控制不依赖于任何的机械转动装置,而是使用许多微型的发射器阵列,根据光学相控阵列的原理,通过对所发射激光束与其他激光束的叠加或抵消,来形成指向特定方向的激光束。研究人员开发了有史以来最复杂的二维光学相控阵列,将光学和电子器件集成到了一块单独的芯片上,该阵列能产生高分辨率的光束方向图,将来可能会为环境感知和三维成像领域带来革命性的进步。

DARPA研发低成本、小体积、高效率的芯片式激光雷达有望进一步促进自动驾驶汽车和智能机器人的商业化前景。当然,除了车载激光雷达之外,该芯片式激光器还可用于自主导航、检测发现生化武器、目标的精确打击、生物医学成像,三维全息影像和超高速率数据通信等其他军事和商业化技术应用领域。

小结:

传感器技术的发展,直接关系到自动驾驶的落地进程。而DARPA所研发的这个新型芯片式激光雷达,在成本和效率上相比现有产品都有提高,称之为“居家旅行、杀人必备”的最佳伴侣并不为过。